隙特性、准一维光子晶体缺陷态、隧穿效应及光克尔非线性效应，通过相关单元器件与控制信号K的配合工作，实现全光学的抗干扰自锁触发开关功能。首先介绍本发明中光子晶体非线性腔的基本原理:二维光子晶体提供一个具有一定带宽的光子带隙，波长落在该带隙内的光波可在光子晶体内所设计好的光路中传播，因此将器件的工作波长设置为光子带隙中的某一波长；交叉波导中心所设置的准一维光子晶体结构结合中心非线性介质杆的非线性效应提供了一个缺陷态模式，当输入光波满足一定光强时，使得该缺陷态模式偏移至系统的工作频率，结构产生隧穿效应，信号从输出端14输出。
[0034]当晶格常数d = I μ m，工作波长为2.976 μ m，参照图1所示的二维光子晶体交叉波导非线性腔，第一输入端11输入信号A，第二输入端12输入信号B。如图2所示，本发明的二维光子晶体交叉波导非线性腔的逻辑输出波形图，当第一端口 11与第二端口 12分别输入如图2所示波形信号可得出该图下方的逻辑输出波形。根据图2所示的逻辑运算特性可得出图5所示该结构的逻辑运算真值表。图5中C为现态Q n，Y为输出端的信号输出，即次态Qn+1。根据该真值表可得出结构的逻辑表达式:
[0035]Y = AB+BC(I)艮P
[0036]Qn+1=AB+BQn (2)
[0037]根据上述二维光子晶体交叉波导非线性腔的基本逻辑特性，在相关单元器件的配合工作下，通过控制信号K控制即可实现全光学抗干扰自锁触发开关功能。
[0038]本发明器件的光子晶体结构可以采用(2k+l) X (2k+l)的阵列结构，k为大于等于3的整数。下面结合附图给出两个实施例，在实施例中以11X11阵列结构，晶格常数d分别以I μ m及0.5208 μ m为例给出设计和模拟结果。
[0039]抗干扰自锁触发开关:
[0040]在式⑵中令B = O有
[0041]Qn+1= O (3)
[0042]在式⑵中令B = I有
[0043]Qn+1=A+Qn (4)
[0044]由上两式可见，当B = O时，无论第一端口 11的输入信号A置O或置I，系统输出14始终为O ;而当B = I时，系统的输出与第一端口 11输入信号A及现态Qn有关，且不难发现，当现态Qn等于O时，系统输出14等于第一端口 11的输入信号A，但若输入信号A —旦置1，随后的系统将锁定高逻辑I输出.
[0045]由上述逻辑特性可知，本发明器件具有抗干扰自锁触发开关功能。
[0046]如图1所示，逻辑信号X由第一输入端11输入；参考光信号E，E = I ;系统的控制信号Ko
[0047]当K = O时，光开关02选通输入信号于第二中间信号输出端输出，即参考光E输入至吸波负载03单元。因此，光开关02的第一中间信号输出端无信号输出，光子晶体结构单元01的第二输入端12输入信号B = K = 0，由式子(2)得到
[0048]Qn+1= O (3)
[0049]此时，无论第一端口 11的输入信号A = X为置O或置I信号，系统输出14都为零。因此，控制信号K = O为系统的置零控制信号，抗干扰自锁触发开关处于清零阶段。
[0050]当K= I时，光开关02选通输入信号于第一中间信号输入端输出，S卩参考光E输入至光子晶体结构单元01的第二输入端12，第二输入端12的输入信号B = E = I ;第一端口 11的输入信号A = X，由式子(2)得到，
[0051]Qn+1=X+Qn (4)
[0052]控制信号K由O置I的瞬间，式子(4)中的现态Qn= 0，该时刻系统输出14为
[0053]Qn+1= X (5)
[0054]在下一个置零控制信号来临之前，一旦信号X出现置I信号，无论往后的信号X如何变化，系统输出将不受信号X的干扰而锁定高逻辑电平I输出，
[0055]Qn+1= I (5)
[0056]因此，控制信号K = I为抗干扰自锁触发开关的正常工作信号，即自锁触发工作信号。
[0057]如图3与图4所示，本发明器件分别在晶格常数d = I μπι，工作波长为2.976 μ m及晶格常数d = 0.5208 μπι，工作波长为1.55 μπι情况下，分别实现全光学抗干扰自锁触发开关的逻辑功能波形图。可见，本发明器件在K = O时系统置零，K = I时系统处于正常工作状态。结合图3与图4，本发明器件通过缩放，可在不同晶格常数及相应工作波长下实现同样的逻辑功能。
[0058]综上所述，通过一个控制信号K，本发明器件均可实现全光学抗干扰自锁触发开关功能。
[0059]以上所述本发明在【具体实施方式】及应用范围均有改进之处，不应当理解为对本发明限制。
【主权项】
1.一种光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:其包括一个光子晶体结构单元、一个光开关、一个内置或外置的吸波负载、一个内置或外置的参考光源；所述光子晶体结构单元由两个输入端，一个输出端及一个闲置端口组成，所述光子晶体结构单元的第一输入端与逻辑信号连接；所述光开关的输入端与所述参考光源连接；所述光开关的第一中间信号输出端与所述光子晶体结构单元的第二输入端连接；所述吸波负载与所述光开关的第二中间信号输出端连接。
2.按照权利要求1所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述的光子晶体结构单元为一个二维光子晶体交叉波导非线性腔，该二维光子晶体交叉波导非线性腔中心由十二根长方形高折射率线性介质杆与一根正方形非线性介质杆在纵、横两个波导方向呈准一维光子晶体排列，中心正方形非线性介质杆与相邻的四根长方形线性介质杆相贴，该中心正方形非线性介质杆为克尔型非线性材料，弱光条件下的介电常数为7.9，所述高折射率线性介质杆的介电常数与非线性介质杆弱光条件下的介电常数相等。
3.按照权利要求2所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述的高折射率线性介质杆由二维光子晶体“十”字交叉波导四端口网络构成，通过交叉波导中心沿两波导方向放置两相互正交的准一维光子晶体结构；在所述交叉波导的中部设置有中间介质柱，该中间介质柱为非线性材料；所述准一维光子晶体结构与中间介质柱构成波导缺陷腔。
4.按照权利要求1所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述光子晶体为(2k+l) X (2k+l)的阵列结构，k为大于等于3的整数。
5.按照权利要求1所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述的开关为1X2光选通开关，其包括一个参考光输入端，一个控制输入端，一个第一中间信号输出端及一个第二中间信号输出端。
6.按照权利要求2所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述二维光子晶体的高折射率线性介质杆的横截面为圆形、椭圆形、三角形或者多边形。
7.按照权利要求3所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述交叉波导的准一维光子晶体中的介质柱的折射率为3.4或者大于2的值。
8.按照权利要求3所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述中间介质柱的横截面为正方形、多边形、圆形或者椭圆形。
9.按照权利要求3所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述交叉波导的准一维光子晶体中的介质柱的横截面形状为矩形、多边形、圆形或者椭圆形。
10.按照权利要求1所述的光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，其特征在于:所述二维光子晶体的背景填充材料包括空气和折射率小于1.4的低折射率介质。
【专利摘要】本发明公开了一种光子晶体全光学抗干扰自锁触发开关，它包括一个光子晶体结构单元、一个光开关、一个内置或外置的吸波负载、一个内置或外置的参考光源；所述的光子晶体结构单元由两个输入端，一个输出端及一个闲置端口组成，该光子晶体结构单元的第一输入端与逻辑信号连接；光开关的输入端与参考光源连接；光开关的第一中间信号输出端与光子晶体结构单元的第二输入端连接；吸波负载与光开关的第二中间信号输出端连接。本发明结构简单、易于制作；具有高、低逻辑输出对比度高，运算速度快。抗干扰能力强、易与其他光学逻辑元件集成。
【IPC分类】G02F1-35, G02F3-00
【公开号】CN104536237
【申请号】CN201410804542
【发明人】欧阳征标, 余铨强
【申请人】欧阳征标, 深圳大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月19日